工程地质电子教材(基础地质部分)

PAGEPAGE2第三章矿物和岩石第一节矿物一、定义：在地质作用下形成的具有一定化学成分和物理性质的天然均质体，叫矿物。二、物理性质：晶体形态：（二）光学性质：2、条痕：矿物粉末的颜色。（三）力学性质1、硬度：抵抗外力刻划的能力（在晶面上）摩氏硬度：滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石123456789102、解理：外力敲击下，沿结晶薄弱面平行裂开的性能。三、常见矿物的简易鉴定1、浅色矿物：石英正长石斜长石方解石白云石白云母石膏滑石硬度大硬度中等硬度小半透明肉红色灰白色菱面体弯曲菱面体薄片状丝绢光泽有滑感断口油脂光泽两组解理遇HCL起泡遇镁试剂变兰珍珠光泽无解理白色弹性2、暗色矿物：橄榄石辉石角闪石黑云母绿泥石硬度大硬度小颗粒状短柱状长柱状薄片状薄片状半透明解理交角近90º解理交角124º弹性挠性橄榄绿色多为黑色黑绿色黑色墨绿色珍珠光泽第二节岩浆岩岩石：造岩矿物的天然集合体。一、岩浆、岩浆作用、岩浆岩1、岩浆：地壳深处局部地段高温、高压的熔融物质。2、岩浆作用：岩浆形成、演化、运动、直到冷凝成岩的全过程。二、岩浆岩产状1－岩基；2－岩株；3－岩盘4－岩床；5－岩墙；6－火山颈7－岩钟；8－岩流；9－俘虏体三、岩浆岩的矿物成分、结构、构造附：矿物的共生组合关系（美国：鲍文）2、结构：指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、相互关系。3、构造：岩石中矿物或其它组分在空间的排列与充填方式。四、岩浆岩的分类：喷出岩酸性岩中性岩基性岩超基性岩结构构造流纹岩安山岩玄武岩少见非晶半晶隐晶气孔、流纹杏仁状块状浅成岩花岗斑岩闪长玢岩辉绿岩少见斑状微粒块状深成岩花岗岩闪长岩辉长岩橄榄岩辉岩细粒中粒粗粒块状主要矿物成分(10%以上)石英正长石斜长石角闪石斜长石辉石斜长石橄榄石辉石第三节沉积岩一、定义：沉积岩是指在地表或近地表的常温常压条件下，原岩经风化、搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。二、沉积岩形成过程风化作用：指原岩在自然因素作用下（如：水、空气、太阳能、生物等），产生的机械破碎和化学成分改变的过程。2、搬运和沉积作用：指各种外营力（如：流水、风、冰川、重力、生物等），将风化产物搬到低凹地方沉积起来的过程。沉积分异现象上游中游下游海口海盆地漂石、卵石、砾石为主砾石、砂为主砂、土为主土为主盐类结晶矿物为主矿物成分复杂→矿物成分单一成岩作用：指松散沉积物转变为坚硬岩石的过程。三、沉积岩的矿物成分、结构、构造2、结构：主要指颗粒大小和形态3、构造：指组成部分在空间的排列组合方式（1）岩层：指一个基本稳定的物理条件（沉积环境和物质来源）下，形成的沉积单位，由成分基本均匀一致的岩石组成的岩石层，层与层之间由层面分开。（2）层理构造：指岩层中因成分、粒度、颜色发生变化而表现出来的纹理。（3）块状构造：无层理，各向均一。四、沉积岩分类：第四节变质岩一、定义：变质岩：指在变质作用下形成的新岩石。变质作用：指变质因素作用下，岩石性质发生改变的过程。二、变质作用因素：1、温度：150℃700℃~成岩作用变质作用融化成岩浆地壳浅层：静压力小，岩石相对脆性。→定向压力造成岩石、矿物变形、破碎。地壳深层：静压力大，岩石相对塑性。→定向压力造成岩石中矿物平行定向排列，形成片理构造。即：矿物在平行压力方向溶解（压溶），在垂直压力方向重结晶，并平行定向排列。角闪石的排列例如：角闪石的排列闪长岩闪长片麻岩3、化学活泼性流体：主要为岩浆中逸出的热水溶液和汽体。→与围岩产生化学反应，生成新矿物。如：3MgCO3+4SiO2+H2O→Mg[Si4O10][OH]2+3CO2四、变质岩的矿物成分、结构和构造。五、变质岩分类：（按成因分类）三大岩类简易区别岩浆岩沉积岩变质岩第四章地质年代与第四纪地质概述第一节地质年代一、为什么要学习地层及地质年代：432132123123214321321231232121216521单斜岩层背斜向斜断层断层选择和评价建筑场地：阅读地质图：地层：将各个地质历史时期形成的岩层，称为该时代的地层。二、绝对年代法：用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。（即蜕变时间）蜕变：放射性元素自形成之日起，就稳定地放射出a（粒子）、b（电子）、g（电磁幅射量子）射线，并形成稳定的新元素。如：蜕变时间可用下式确定：式中：l——蜕变常数P——放射性同位素重量D——蜕变后新元素重量最后：用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。（即新老关系）（最老岩石：南美洲圭亚挪地盾角闪岩（41.3亿年），最老化石：蓝绿藻（35亿年））。三、相对年代法：通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成的先后顺序。1、地层层序法：（1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。（2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关系的方法。（3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。2、古生物法：标准化石：在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。3、地层接触关系法：5454321新老①整合接触：各地层时代连续，产状平行。（反映地壳稳定下沉）②平行不整合接触：各套地层时代不连续，但产状平行。656521新底砾岩老③角度不整合接触：各套地层时代不连续，产状不平行。8787新底砾岩老4321（2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系：老变质晕新①老变质晕新②沉积接触：先侵入、后沉积。新新底砾岩老③岩浆岩之间的接触关系：穿插关系：新岩体穿插老岩体。四、地质年代表1、地质年代表：（见投影表）→要求按顺序背诵地质年代表的符号。4.2第四纪地质特征一、土和土体的概念1．土(soil)地球表面30－80km厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。土是由固体相、液相、气体三相物质组成；或土是由固体相、液体相、气体相和有机质（腐殖质）相四相物质组成。不同的风化作用，形成不同性质的土。风化作用有下列三种：物理风化、化学风化、生物风化。2．“土体”(soilmass)土体不是一般土层的组合体，而是与工程建筑的稳定、变形有关的土层的组合体。土体是由厚薄不等，性质各异的若干土层，以特定的上、下次序组合在一起的。二、土和土体的形成和演变地壳表面广泛分布着的土体是完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，再经水流、风力或重力作用、冰川作用搬运在适当的条件下沉积成各种类型的土体。再搬运过程中，由于形成土的母岩成分的差异、颗粒大小、形态，矿物成分又进一步发生变化，并在搬运及沉积过程中由于分选作用形成在成分、结构、构造和性质上有规律的变化。土体沉积后：a.将经过生物化学及物理化学变化，即成壤作用，形成土壤（1）靠近地表的土体b.未形成土壤的土，继续受到风化、剥蚀、侵蚀而再破碎、再搬运、再沉积等地质作用。（2）时代较老的土，在上覆沉积物的自重压力及地下水的作用下，经受成岩作用，逐渐固结成岩，强度增高，成为“母岩”。总之，土体的形成和演化过程，就是土的性质和变化过程，由于不同的作用处于不同的作用阶段，土体就表现出不同的特点。三、土的基本特征及主要成因类型（一）土的基本特征从工程地质观点分析，土有以下共同的基本特征：1．土是自然历史的产物土是由许多矿物自然结合而成的。它在一定的地质历史时期内，经过各种复杂的自然因素作用后形成各类土的形成时间、地点、环境以及方式不同，各种矿物在质量、数量和空间排列上都有一定的差异，其工程地质性质也就有所不同。2．土是相系组合体土是由三相（固、液、气）或四相（固、液、气、有机质）所组成的体系。相系组成之间的变化,将导致土的性质的改变。土的相系之间的质和量的变化是鉴别其工程地质性质的一个重要依据。它们存在着复杂的物理～化学作用。3．土是分散体系由二相或更多的相所构成的体系，其一相或一些相分散在另一相中，谓之分散体系。根据固相土粒的大小程度(分散程度)，土可分为=1\*GB3①粗分散体系（大于2μ），=2\*GB3②细分散体系，（2～0.1μ），=3\*GB3③胶体体系（0.1～0.01μ），=4\*GB3④分子体系（小于0.01μ）。分散体系的性质随着分散程度的变化而改变。粗分散与细分散和胶体体系的差别很大。细分散体系与胶体具有许多共性，可将它们合在一起看成是土的细分散部分。土的细分散部分具有特殊的矿物成分，具有很高的分散性和比表面积，因而具有较大的表面能。任何土类均储备有一定的能量，在砂土和粘土类土中其总能量系由内部储量与表面能量之和构成，即：E总＝E内＋E表4．土是多矿物组合体在一般情况下，土将含有5～10种或更多的矿物，其中除原生矿物外，次生粘土矿物是主要成分。粘土矿物的粒径很小（小于0.002mm），遇水呈现出胶体化学特性。（二）土体的主要成因类型按形成土体的地质营力和沉积条件（沉积环境），可将土体划分为若干成因类型：如残积、坡积、洪积……现就介绍几种主要的成因类型、土体的性质成分及其工程地质特征。1．残积土体的工程地质特征残积土体是由基岩风化而成，未经搬运留于原地的土体。它处于岩石风化壳的上部，是风化壳中剧风化带。残积土一般形成剥蚀平原残积土层（）：影响残积土工程地质特征因素主要是气候条件和母岩的岩性：1）气候因素气候影响着风化作用类型从而使得不同气候条件不同地区的残积土具有特定的粒度成分、矿物成分、化学成分。=1\*GB3①干旱地区：以物理风化为主，只能使岩石破碎成粗碎屑物和砂砾，缺乏粘土矿物，具有砾石类土和工程地质特征。=2\*GB3②半干旱地区：在物理风化的基础上发生化学变化，使原生的硅酸盐矿物变成粘土矿物；但由于雨量稀少，蒸汽量大，故土中常含有较多的可溶盐类；如碳酸钙、硫酸钙等。=3\*GB3③潮湿地区：a、在潮湿而温暖，排水条件良好的地区，由于有机质迅速腐烂，分解出CO2，有利于高岭石的形成。b、在潮湿温暖而排水条件差的地区，则往往形成蒙脱石。可见：从干旱、半干旱地区至潮湿地区，土的颗粒组成由粗变细；土的类型从砾石类土过渡到砂类土、粘土。2）.母岩因素母岩的岩性影响着残积土的粒度成分和矿物成分；酸性火成岩含较多的粘土矿物，其岩性为粉质粘土或粘土；中性或基性火成岩易风化成粉质粘土；沉积岩大多是松软土经成岩作用后形成的，风化后往往恢复原有松软土的特点，如：粘土岩粘土；细砂岩细砂土等。残积物的厚度在垂直方向和水平方向变化较大；这主要与沉积环境、残积条件有关（山丘顶部因侵蚀而厚度较小；山谷低洼处则厚度较大。）残积物一般透水性强，以致残积土中一般无地下水。2．坡积土体的工程地质特征坡积土（）坡积土体是残积物经雨水或融化了的雪水的片流搬运作用，顺坡移动堆积而成的，所以其物质成分与斜坡上的残积物一致。坡积土体与残积土体往往呈过渡状态，其工程地质特征也很相似。=1\*GB3①岩性成分多种多样；=2\*GB3②一般见不到层理；=3\*GB3③地下水一般属于潜水，有时形成上层滞水=4\*GB3④坡积土体的厚度变化大，由几厘米至一二十米，在斜坡较陡处薄，在坡脚地段厚。一般当斜坡的坡角越陡时，坡脚坡积物的范围越大。3．洪积土体的工程地质特征洪积土体是暂时性、周期性地面水流——山洪带来的碎屑物质，在山沟的出口地方堆积而成。洪积土体多发育在干旱半干旱地区，如我国的华北、西北地区。冲刷作用及洪积层（）：其特征为：距山口越近颗粒越粗，多为块石、碎石、砾石和粗砂，分选差，磨圆度低、强度高，压缩性小；（但孔隙大，透水性强）距山口越远颗粒越细，分选好，磨圆度高，强度低，压缩性高。此外：洪积土体具有比较明显的层理（交替层理、夹层、透镜体等）；洪积土体中地下水一般属于潜水。4．冲积土体的工程地质特征冲积土体是由于河流的流水作用，将碎屑物质搬运堆积在它侵蚀成的河谷内而形成的。冲积土体主要发育在河谷内以及山区外的冲积平原中，一般可分为三个相：即河床相，河漫滩相、牛轭湖相。冲积土（）：源头源头剥蚀夷平面剥蚀夷平面搬运和沉积：→冲积层（）：洪水位洪水位1）河床相：主要分布在河床地带，冲积土一般为砂土及砾石类土，有时也夹有粘土透镜体，在垂直剖面上土粒由下到上，由粗到细，成分较复杂，但磨圆度较好。山区河床冲积土厚度不大，一般为10米左右；而平原地区河床冲积土则厚度很大，一般超过几十米，其沉积物也较细。河床相物质是良好的天然地基。2）河漫滩相冲积土是由洪水期河水将细粒悬浮物质带到河漫滩上沉积而成的。一般为细砂土或粘土，覆盖于河床相冲积土之上。常为上下两层结构，下层为粗颗粒土，上层为泛滥的细颗粒土。3）牛轭湖相冲积土是在废河道形成的牛轭湖中沉积下来的松软土。由含有大量有机质的粉质粘土、粉质砂土、细砂土组成，没有层理。河口冲积土：由河流携带的悬浮物质，如粉砂、粘粒和胶体物质在河口沉积的一套淤泥质粘土、粉质粘土或淤泥，形成河口三角洲。往往作为港口建筑物的地基。另外，还有很多类型：冰川、崩积、风积、海洋沉积、火山等等。4．湖积土体的工程地质特征湖积土体在内陆分布广泛，一般分为淡水湖积土和咸水湖积土。淡水湖积土：分为湖岸土和湖心土两种。湖岸多为砾石土、砂土或粉质砂土；湖心土主要为静水沉积物，成分复杂，以淤泥、粘性土为主，可见水平层理。咸水湖积物以石膏、岩盐、芒硝及RCO3岩类为主，有时以淤泥为主。=1\*GB3①分布面积有限，且厚度不大总之，湖积土体具有以下工程地质特征=2\*GB3②具独特的产状条件=3\*GB3③粘土类湖积物常含有机质、各种盐类及其它混合物=4\*GB3④具层理性，具各向异性

第五章构造地质第一节地壳运动及地质作用的概念一、地壳运动的概念→指地球内力引起岩石圈产生的机械运动。二、地质作用的概念→指自然动力引起地球物质组成、内部结构、地表形态发生变化的作用。第二节岩层及岩层产状倾斜岩层褶皱倾斜岩层褶皱断层走向倾角倾向αα走向倾角倾向ααAOBDD’p二、岩层产状：指岩层在空间的产出状态。真倾角（α）：岩层在野外的倾角。视倾角（β）：岩层在剖面上的倾角。（θ为剖面线与岩层走向线所夹锐角）走向EN走向ENWS45º30º（1）测量：用地质罗盘仪测量。倾向倾向走向倾向倾向走向N135º30ºN45ºE∠30ºsE走向倾角倾向135º∠30º倾向倾角（3）图示：正常岩层：30º；倒转岩层：30º第三节地层概念一、为什么要学习地层及地质年代：432132123123214321321231232121216521单斜岩层背斜向斜断层断层选择和评价建筑场地：阅读地质图：地层：将各个地质历史时期形成的岩层，称为该时代的地层。二、绝对年代法：用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。（即蜕变时间）蜕变：放射性元素自形成之日起，就稳定地放射出a（粒子）、b（电子）、g（电磁幅射量子）射线，并形成稳定的新元素。如：蜕变时间可用下式确定：式中：l——蜕变常数P——放射性同位素重量D——蜕变后新元素重量最后：用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。（即新老关系）（最老岩石：南美洲圭亚挪地盾角闪岩（41.3亿年），最老化石：蓝绿藻（35亿年））。三、相对年代法：通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定其形成的先后顺序。1、地层层序法：（1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。（2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关系的方法。（3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。2、古生物法：标准化石：在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。3、地层接触关系法：5454321新老①整合接触：各地层时代连续，产状平行。（反映地壳稳定下沉）②平行不整合接触：各套地层时代不连续，但产状平行。656521新底砾岩老③角度不整合接触：各套地层时代不连续，产状不平行。8787新底砾岩老4321（2）沉积岩与岩浆岩之间的接触关系：老变质晕新①老变质晕新②沉积接触：先侵入、后沉积。新新底砾岩老③岩浆岩之间的接触关系：穿插关系：新岩体穿插老岩体。四、地质年代表1、地质年代表：（见投影表）→要求按顺序背诵地质年代表的符号。第四节褶皱构造一、基本概念：褶皱：在构造运动作用下，岩层产生的连续弯曲现象。褶曲：褶皱中的单个弯曲。背斜：岩层向上弯曲。地层对称重复，中间老，两边新。向斜：岩层向下弯曲。地层对称重复，中间新，两边老。二、褶曲要素：核部：褶曲中心部位的岩层。翼部：褶曲两侧部位的岩层。轴面：通过核部，大致平分两翼的假想平面。轴线：轴面与水平面的交线。枢纽：轴面与岩层面的交线。（最大弯曲点的连线）。脊线：褶曲最高点的连线。槽线：褶曲最低点的连线。三、褶曲分类：四、褶曲的判别：——（基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类）水平倾斜背斜倾伏倾斜背斜第五节断裂构造一、节理1、节理分类aa二、节理调查内容：（1）节理成因类型和力学性质。（2）节理组数、密度、产状。密度一般用条／米表示。（3）节理张开度、长度、节理面壁粗糙度。（4）节理充填物、充填厚度、含水情况。（5）节理发育程度分级。三、断层：2、断层分类：（1）按断层两盘相对运动方向分类：地层不对称重复断层面断层线①正断层：上盘相对下降的断层。（符号表示为：地层不对称重复断层面断层线老新老新地层不对称缺失②逆断层、上盘相对上升的断层。（符号表示为）地层不对称缺失新老新老③平移断层：两盘水平错动。（符号表示为）（2）按断层面产状与岩层产状的关系分类：（3）按断层面产状与褶曲轴线走向关系分类：3、断层的判别：（很重要）（2）断层性质：→寻求两盘运动方向，并据此确定断层性质。老老新